CN103998665B - 三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的纤维预制件以及包括这种预制件的复合材料部件 - Google Patents

三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的纤维预制件以及包括这种预制件的复合材料部件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纤维预制件(20)，所述纤维预制件由通过三维编织而编织得到的纤维结构形成，其具有由来自多层纬线的纬线相互连接的多层经线。该纤维预制件具有作为彼此延伸部沿着纬线方向定位并在它们之间形成一角度的第一部分(12)和第二部分(14)。在该折叠区中和在纤维结构的每个纬线平面上，两条纬线定位在与所述角的内侧的纤维结构的一个外侧表面相邻的一区域中，其具有以这种方式交叉的路径，使得在所述线中存在稍微的弯曲。

Description

三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的纤维预制件以 及包括这种预制件的复合材料部件
技术领域
本发明涉及通过三维(3D)编织将纤维结构织物制作为单件，特别地用于制造复合材料部件。本发明的一种特定的、但非排他性的应用领域在于制作用于飞机或涡轮机的复合材料部件的预制件的纤维结构，特别是用于航空涡轮发动机。
背景技术
以已知的方式，可通过制造纤维预制件以及通过用基体增密所述预制件而获得复合材料部件。根据制定应用，所述预制件可由玻璃、碳或陶瓷纤维制成，并且基体可由碳或陶瓷的有机材料(聚合物)制成。
对于形状相对复杂的部件，已知的是通过三维(或多层)编织将纤维结构或坯件制作成单件，以及将所述坯件塑造以获得所具有的形状接近于待制造部件形状的纤维预制件。成形经常包括折叠操作以在所述三维编织结构的两部分之间形成一角度。
这可能导致所述纤维结构的纱线机械地在折叠区中被过分地加压，特别是在当所述转角是锐角度时所形成的转角内侧上。
发明内容
本发明的一个目的是弥补这种缺陷。
在本发明的第一方面，通过用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织所编织得到的纤维结构实现该目的，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并在一折叠区处相对于彼此可折叠的第一部分和第二部分；
·在该结构中，在该折叠区中，并在该纤维结构的每个纬平面内，位于与所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两层纬纱的纱线具有交叉的路径。
如下所解释的那样，这种布置用于限制当折叠时在折叠区内作用在纱线上的弯曲件。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用由多层经纱的经纱进行三维编织而编织得到的纤维结构所形成的纤维预制件，所述多层经纱通过多层纬纱的纬纱互连，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，且通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分；在该预制件中，在该折叠区中并在该纤维结构的每个纬平面内，位于与所述转角内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的区域中的所述两层纬纱的纱线具有交叉的路径。
有利地，该两个纬纱中的一个是在第一或第二部分中最接近该外侧表面的纱线。
在纤维结构或所述纤维预制件的一个实施例中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层纬纱的纱线具有交叉的路径。
在纤维结构或所述纤维预制件的另一实施例中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三纬纱层的纱线具有交叉的路径，第二和第四个纬纱层的纱线同样如此。
然而，在本发明的又一其他方面，本发明提供了一种如上所限定的纤维结构或纤维预制件，其中术语“纬”和“经”互换。
也在本发明的另一方面，本发明提供了一种包括如上所限定的由基体增密的纤维预制件的复合材料部件。
附图说明
在阅读参照附图的作为非限定性例子的以下说明后，本发明将被更好地理解，其中：
图1是在本发明实施例中三维编织纤维结构平面的高度图解视图；
图2是在成形图1的纤维结构后获得的纤维预制件平面的高度图解视图；
图3是由图2类型的预制件所制造的部件的透视图解视图；
图4是由本发明的纤维预制件所制造的另一部件的立体图解视图；
图5是在图1实施例的变型中三维编织纤维结构平面的高度图解视图；
图6是在成形图5的纤维结构后获得的纤维预制件平面的高度图解视图；
图7是由图6类型的预制件所制造的部件的透视图解视图；
图8是在本发明另一实施例中三维编织纤维结构平面的高度图解视图；以及
图9是在成形图8的纤维结构后获得的纤维预制件平面的高度图解视图。
具体实施方式
为了避免挤满附图，在示出纬平面的图1，2，5，6，8和9中，纬纱的路径用直线段表示，而经纱用圆点表示。术语“纬平面”用于表示垂直于经线方向并包含一列纬纱的平面。由于涉及三维编织，将要理解的是，纬线和经线方向中的一个的纱线遵循弯曲路径，从而互连属于不同纱线层的另一方向的纱线，除了任何非互连区域以及可在该表面被添加以在其中进行二维(2D)编织的任何纬纱。可使用各种三维编织，例如如在文献WO2006/136755中特别描述的互锁、多缎纹或多平纹编织。可能特别地使用三维互锁编织，其中该定义包含缎纹类型的表面编织。
图1是被三维编织为具有相对外侧表面10a和10b的单件的纤维结构10的纬平面的高度图解视图。纤维结构10由多层经纱c组成，不同经纱层由在提供三维编织的多层纬纱t1到t6内的纬纱互连。在图1中，标号t指定纬线方向。
纤维结构10包括彼此延伸的两部分12和14，所述两部分在折叠区16内彼此相对可折叠，以形成如图2所示的纤维预制件20，所述部分12和14然后在它们之间形成非零角度α。在所示例子中的纤维预制件20具有基本L型的截面。
最接近表面10a的纬纱t1和t2的路径在折叠区16中交叉，表面10a是在折叠后位于由部分12和14形成的角度内侧上的表面。结果，在部分12中和在部分14中的所述纤维结构的每个平面中纬纱t1和t2的布置在折叠区16的相对两侧反向。
如在图2中以放大比例可更特别详细地看出，施加在纬纱t1和t2上的曲率半径因此大于如果不与纱线t2交叉就会施加在纱线t1上的曲率半径(示出为虚线)。因此通过被施加的曲率量的减少而减少了纬纱在表面10a附近被损坏或压曲的风险，当角度α很小时，所述风险特别高。
图3示出了可通过用基体增密预制件20获得的类型的复合材料部件30，所述部件具有彼此之间形成非零角度的两部分32和34。
在图2和图3中，绕与经线方向基本平行的轴线进行折叠。
在一种变型中，可绕平行于由纬线和经线方向所形成平面但并不平行于其中任一的轴λ来进行折叠，这样，在所述纤维预制件增密后，如图4所示的部件40具有在彼此之间形成非零角度的两部分42和44。在这种情况下，为了遵守折叠区的方向，进行布置，这样在纬纱之间在表面10a附近的交叉位置在所述预制件的整个宽度上并不都位于相同的经线列上，但在纬平面之间改变。在一种变型中，可使用类似于用于如图3所示部件的预制件，但预制件通过被偏斜地放置在具有所需形状的模具内而成形，以便使纬纱之间的交叉位置与轴λ对准。
图5是被三维编织为具有相对外侧表面50a和50b的单件的纤维结构50的纬平面的高度图解视图。纤维结构50由多层经纱c组成。
纤维结构50包括部分52，在该部分52中在所有经纱层中的经纱由三维编织通过提供三维编织的多层纬纱t1到t8的纬纱所互连。纤维结构50还具有被定位以使所述部分52在非互连区域58的任一侧上延伸的两部分54a和54b，该非互连区域58从纤维结构50的一个边缘50c沿着其纬线方向上尺寸的一小部分上延伸。在每个部分54a和54b中，在所有经纱层中的经纱由三维编织通过分别为t1到t4和t5到t8的纬纱而互连，在部分54a和54b之间横过非互连区域58没有发生互连。在所示例子中，在部分54a和54b中经纱层的数目等于四。自然地，这些数字不需要一定是四，它们甚至可彼此不同，只要它们每个都不少于二。
部分54a和54b可相对于所述部分52在各自折叠区56a和56b内向外折叠以形成如图6所示并具有基本T形截面的纤维预制件60。
最靠近表面10a的纬纱t1和t2的路径在折叠区56a交叉，这样纬纱t1和t2的布置在部分52中和在部分54a中所述纤维结构50的每个平面上是可互换的。同样，最靠近表面50b的纬纱t7和t8的路径在折叠区56b交叉，这样纬纱t7和t8的布置在部分52中和在部分54a中所述纤维结构的每个平面上是互换的。
如图1和图2的实施例中，与纬纱t1&t2以及t7&t8不存在任何相互交叉的布置相比，减少的曲率因此施加在与表面50a和50b相邻的纬纱上。
图7示出了由复合材料制成的部件70，该部件具有基本T形截面并通过用基体增密预制件60可获得，所述部件具有在一端部通过法兰74a和74b延伸的部分72。
图8是被三维编织为具有相对外侧表面80a和80b的单件的纤维结构80的纬平面的高度图解视图。纤维结构50由多层经纱c组成，不同层的经纱由在提供三维编织的多层纬纱t1到t8内的纬纱互连。
纤维结构80包括两部分82和84，所述两部分彼此延伸并在折叠区86内彼此相对可折叠，以形成如图9所示的纤维预制件90，其中，部分82和84在这两部分82和84彼此之间形成非零角度β。在所示示例中的纤维预制件90具有基本L型的截面。
形成第一和第三纬纱层t1到t8一部分的纬纱t1和t3的路径从表面80a开始在折叠区86中彼此交叉，表面80a是在折叠后位于由部分82和84形成的转角内侧上的表面。此外，形成第二和第四纬纱层t1到t8一部分的纬纱t2和t4的路径同样从表面80a开始在折叠区86中彼此交叉。
通过这种布置，以及在图9中以放大比例详细示出的，与图1和图2的实施例相比，特别施加在纱线t1和t2上的曲率半径进一步增大。
用基体增密所述纤维预制件90使得可获得图3所示类型的复合材料部件。
在已经形成纤维预制件后，其通过形成具有被选定为指定应用功能的性质的基体而增密，例如可特别地从树脂中获得的有机基体，所述树脂为如环氧树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺树脂等聚合物基质的前体，或碳基体的前体，或陶瓷基体的前体。碳基体或陶瓷基体，可通过化学气渗透(CVI)或通过用包含树脂的液体成分浸渍进行增密，所述树脂是碳或陶瓷前体，随后是用于热解前体或使前体陶瓷化的热处理，这些方法本身是众所周知的。纤维预制件的纤维同样是被选定为指定应用功能的例如由玻璃、碳或陶瓷制成的材料。
最后，应该注意的是，在结构和纤维预制件的所描述实施例中，术语“纬线”和“经线”可以互换。

Claims (17)

1.一种用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织而编织得到的纤维结构，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并在一折叠区相对于彼此可折叠以形成一角度的第一部分和第二部分，其中，
在该折叠区中并在该纤维结构的各纬平面内，位于与所述角度的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两个纬纱具有交叉的路径，使得在所述第一部分和第二部分中的所述两个纬纱的结构互换。
2.根据权利要求1所述的纤维结构，其中，该两个纬纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线。
3.根据权利要求2所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的两层纬纱的纱线具有交叉的路径。
4.根据权利要求2所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层纬纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层纬纱的纱线同样如此。
5.一种用由多层经纱的经纱互连的多层纬纱进行三维编织而编织获得的纤维结构，所述纤维结构具有沿着经线方向相互延伸，并在一折叠区处相对于彼此可折叠以形成一角度的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中并在该纤维结构的各经平面内，位于与所述角度的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两个经纱具有交叉的路径，使得在所述第一部分和第二部分中的所述两个经纱的结构互换。
6.根据权利要求5所述的纤维结构，其中，这两个经纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线。
7.根据权利要求6所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的两层经纱的纱线具有交叉的路径。
8.根据权利要求6所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层经纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层经纱的纱线同样如此。
9.一种用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织而编织获得的纤维结构所形成的纤维预制件，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中和在该纤维结构的各纬平面内，位于与所述角度的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的一区域中的两个纬纱具有交叉的路径，使得在所述第一部分和第二部分中的所述两个纬纱的结构互换。
10.根据权利要求9所述的纤维预制件，其中所述两个纬纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线。
11.根据权利要求10所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的两层纬纱的纱线具有交叉的路径。
12.根据权利要求10所述的纤维预制件，其中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层纬纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层纬纱的纱线同样如此。
13.一种用由多层经纱的经纱互连的多层纬纱进行三维编织而编织得到的纤维预制件，该纤维结构具有沿着经线方向相互延伸，并通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中和在该纤维结构的各经平面内，位于与所述角度的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的一区域中的两个经纱具有交叉的路径，使得在所述第一部分和第二部分中的所述两个经纱的结构互换。
14.根据权利要求13所述的纤维预制件，其中所述两个经纱中的一个在所述第一部分中或在所述第二部分中是最接近所述外侧表面的纱线。
15.根据权利要求14所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的两层经纱的纱线具有交叉的路径。
16.根据权利要求14所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层经纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层经纱的纱线同样如此。
17.一种复合材料部件，其包括根据权利要求9至16中任一项所述的纤维预制件。
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